3. От высокопрочных и особовысокопрочных бетонов будущего к суперпластифицированным бетонам

ОБЩЕГО НАЗНАЧЕНИЯ НАСТОЯЩЕГО

Реологические тонкодисперсные матрицы в бетонных смесях для обычных, высокопрочных и особовысокопрочных бетонов можно классифицировать по функциональному действию их в бетонах на 2 вида:

1. Реологически-активная в смеси с СП того или иного типа, позволяющая усилить реологическое действие СП в цементно-водно-минеральной системе. Если такие матрицы получают заменой (наполнением) цемента каменной мукой (известняк, мрамор, нефелиновый сиенит и др.) и объем ее уменьшается за счет снижения расхода воды вследствие повышенного водоредуцирующего действия СП, то бетоны имеют практически ту же прочность, что и непластифицированные. Уменьшение расхода цемента и падение роли его в формировании прочности бетона компенсируется повышением плотности, и как следствие, увеличением прочности. Если же такие матрицы получают значительным наполнением бетона каменной мукой, усиливающей реологическое действие СП, и объем матрицы заметно возрастает, то прочность бетона существенно увеличивается.

2. Реологически- и реакционно-химическая активная матрица, состоящая из водной дисперсии цемента, каменной муки и СП, позволяющая усилить не только реологическое и водоредуцирующее действие СП, но и реализовать реакционно-химическое взаимодействие коллоидных фракций муки с гидролизной известью портландцемента. К горным породам, обладающим такой способностью, относятся кремень, халцедон, андезит, базальт, дацит, некоторые вулканические стекла, трассы, молотый гравий и другие. К искусственным материалам относятся отходы некоторых видов керамики, кварцевое стекло, МК, микрокаолин, некоторые золы и шлаки и др. Все эти компоненты являются незаменимыми в составе высокопрочных бетонов. Но только МК является нанодисперсным. Другие добавки надо размалывать до очень высокой удельной поверхности и, видимо, такая технология реальна для будущего, когда получит наибольшее развитие помол по замкнутому циклу с пневмосепарацией продуктов измельчения. Более дешевый и доступный путь получения супертонких реакционно-активных частиц – сепарация отходов флотационных фабрик, отходов сухой магнитной сепарации руды, пылей, газоочисток.

Таким образом, используя принципы получения высокопрочных бетонов, необходимо реализовать их в технологии бетонов общего назначения классов В20-В40. Основной принцип касается улучшения реологии водно-минерально-цементной дисперсии с СП по сравнению с реологией чисто цементно-водной дисперсией. Он основан на эффекте соразжижения композиций, включающих смесь цемента и каменной муки. На рис. 1а, б показано изменение водотвердого отношения доломито-цементной суспензии по сравнению с цементной при одинаковых значениях предельного напряжения сдвига, равного 8 Па. Доломитовая мука имела удельную поверхность S_уд = 350м²/кг, цемент – 320м²/кг.

Рис. 1 ( а, б ) Изменение содержания воды (В/Т) в цементно-доломитоводной суспензии при различном содержании муки, а – цемент с доломитовой мукой S_уд= 350 м²/кг; б - цемент со смесью доломитовой мукой с S_уд= 660 м²/кг

и с S_уд= 350 м²/кг в соотношении их 1:1,5.

Из рис. 1а видно, что доломитоводная дисперсия с СП имеет более низкое водосодержание (17%) по сравнению с цементно-водной (21%), а композиционная доломито-цементная – при одинаковом содержании компонентов не подчиняется правилу аддитивности по водосодержанию, где оно составляет 17,5%. В этой системе достигается синергетический эффект и водоредуцирующее действие составляет

Уменьшение доли доломитовой муки до 50% от массы цемента повысило водосодержание смеси до 18,3%.

Если в качестве дисперсного наполнителя использовать смесь из доломитовой муки с S_уд = 650м²/кг и муки с S_уд = 350м²/кг в соотношении 1:1,5, то при смешении этой композиции с цементом 1:1 по массе водосодержание снижается до 16,5, а водоредуцирующее действие повышается до 21,4%. Уменьшение доли доломитовой муки до 50% от массы цемента повышает водосодержание до 17%. Используя установленную закономерность увеличения водоредуцирующего действия СП при добавлении доломитовой муки к цементу были изготовлены «тощие» тяжелые бетоны. Для этого использовались следующие материалы: портландцемент Вольский М500 Д0, доломитовая мука с S_уд = 350м²/кг, доломитовый щебень из отходов камнедробления фр. 5-10мм, песок Сурский мелкий с М_к = 1,4, суперпластификатор Sika Viskocrete-20HE.

В таблице представлены составы бетонов и их прочностные показатели.

Как следует из таблицы бетоны из более пластичных бетонных смесей с доломитовой мукой имеют значительно более высокие приросты прочности по сравнению с контрольным, чем более жесткие. В подвижной смеси с мукой (состав 2) обеспечивается более чем двукратный прирост прочности по сравнению с контрольной и существенно снижается блокирующее действие СП на формирование ранней прочности.

Для того, чтобы снизить замедляющее действие СП содержание его было уменьшено до 0,54% от массы цемента в пересчете на сухое вещество. Это ускорило набор ранней прочности в контрольном составе (состав 3), но незначительно повысило прочность бетона с мукой (состав 4) по сравнению с прочностью равноплотного и пластичного состава с мукой (состав 2).

Вероятно, это объясняется тем, что в более жестких составах недостаток СП сказался на снижении микрооднородности распределения муки при непродолжительном времени перемешивания. В зарубежной практике при использовании каменной муки и МК используются высокоскоростные бетоносмесители.

Установленные закономерности подтвердились на других составах бетонов с добавкой МК и доломитовой мукой, не связывающей гидролизную известь, что позволило сформулировать некоторые особенности формирования прочности сильнонаполненных бетонов:

1. Для бетонов с низким содержанием цемента количество каменной муки должно составлять не менее 50% к массе цемента для увеличения объема реологически активной матрицы по отношению к суперпластификатору.

2. При использовании каменной муки в пластифицированных пластичных бетонных смесях с низким содержанием портландцемента достигается значительное повышение прочности бетонов по сравнению с контрольными.

3. В пластичных бетонных смесях с каменной мукой существенно снижается замедляющее действие СП на формирование ранней прочности бетона по сравнению с бетоном без добавления муки.

Таблица

Составы бетонов и кинетика нарастания их прочности

№п/п	Составы бетонов, кг		ОК, см Ж, с	ρ, кг/м3	Прочность при сжатии, МПа через сут.
					1	3	5	14	28	90
1	Цемент – 280 Песок – 750 Щебень – 1280 СП – 0,78% (на сухое вещество от Ц) Вода – 187	0,66	6-7см	2405	не зат-вер-дел	не зат-вер-дел	8,0	13,2	20,4	23,2
2	Цемент – 280 Каменная мука – 140 Песок – 750 Щебень – 1140 СП – 0,78% (на сухое вещество от Ц) Вода – 138	0,49	4-5см	2455	2,2	22,8	–	44,3	48,8	58,0
3	Цемент – 280 Песок – 750 Щебень – 1280 СП – 0,55% (на сухое вещество от Ц) Вода – 149,6	0,54	13с.	2430	не зат-вер-дел	11,6	27,7**	36,0	41,4	48,6
4	Цемент – 280 Каменная мука – 140 Песок – 750 Щебень – 1140 СП – 0,55% (на сухое вещество от Ц) Вода – 138	0,49	14с.	2470	3,2	17,8*	44,2**	46,8	54,8	63,2

Примечание: * – прочность через 2 суток;

** – прочность через 9 суток.

4. В жестких бетонных смесях с реакционно-неактивной каменной мукой при недостатке СП снижается прочностной эффект композиционного вяжущего.

5. Добавка микрокремнезема в количестве 10-12% к каменной муке усиливает реологическое действие СП, снижает его блокирующее действие и в большей степени повышает конечную прочность бетона.

6. Предварительную оценку реологической активности муки для бетонов с СП необходимо осуществлять на суспензиях при В/Т 0,15-0,19, изготовленных из дисперсии цемента и муки в соотношении 1:1÷1:0,5, по значениям предельного напряжения сдвига или на равнопластичных расплыву суспензий на мини-вискозиметре Суттарда. Показатель водоредуцирования является основным критерием выбора горной породы для изготовления муки.

7. Для изготовления муки могут быть использованы отходы камнедробления с рассевом их на сите 3мм; при этом фракция 3-5÷3-10мм используется в качестве мелкозернистого щебня в бетон, а отсев размалывается в мельнице до S_уд = 300-350м²/кг.